南亚地区工业建筑设计研究.docx

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南亚地区工业建筑设计研究

南亚地区工业建筑设计研究

PreliminarystudyonconstructiondesignofindustryinSouthAsia

高宇寰

（贵阳铝镁设计研究院，贵阳550004）

[摘要]本文在大型铝电解项目设计工作实践的基础上，根据生产对建筑功能要求，结合南亚地区特殊的自然环境，对建筑形式、隔热及通风、建筑材料、场地设计、建筑构配件的构造设计进行了一系列的研究工作，初步摸索总结出了南亚地区工业建筑设计的基本特点，同时合理解决了通风、隔热、采光等方面存在的问题，为同类工程积累了宝贵的经验。

[Abstract]Onthebasisofundertakingthedesignworkpracticeoflargescalealuminumsmelterproject,accordingtotherequirementsofnon-ferrousenterpriseproductiontotheconstructionfunctionandhavingcarriedoutaseriesofstudyworksontheconstitutiondesignofconstructionform,insulationandventilation,constructionmaterial,landdesignandconstructioncomponentsandaccessoriescombiningthespeciallynaturalenvironmentofSouthAsia,thispaperpreliminarilyprobesandsummarizesthebasiccharacteristicofindustryconstructiondesigninSouthAsia.Simultaneously,itreasonablysolvestheproblemsexistintheaspectsofventilation,insulation,lightingandsoonandaccumulatespreciousexperiencesforthesimilarprojects.

[关键词]南亚地区建筑形式功能要求

[Keywords]SouthAsia;constructionform;functionrequirement

自2003年初，我院承接了印度BALCO项目的设计工作为起点，中铝国际目前已经在印度铝工业市场取得了举足轻重的地位，设计的总产能已经超过了200万吨，使得我国的铝工业技术和装备水平跻身于实际先进水平。

在这一过程中，我们根据在南亚地区的特点，进行大型有色企业的建筑设计的一系列相关的研究，取得了初步的成果。

1、自然条件

印度地处南亚大陆。

一年中最主要的季节为夏、雨、凉三个季节。

5、6月间是一年中最热的时间，天气酷热而干旱。

7、8月为雨季，降雨时间长，雨多量大，并时有暴风雨。

由于纬度低，又加上北面的喜马拉雅山挡住了南下的冷空气，因此，印度成为世界上最热的国家之一。

主要气象数据如下：

年平均温度28℃

年最高温度47.4℃

年最低温度18.6℃

极端最高温度50℃

极端最低温度3.6℃

年最大降雨量2633.1mm（1994）

日最大降雨量678.5mm（2002）

年平均降雨量1700mm

24小时最大降雨量234.1mm

1小时最大降雨量6mm

最大相对湿度94.7%

最小相对湿度33.4%

平均相对湿度64%

2、建筑研究的重点和基本原则

根据上述数据反映出的南亚地区自然特点，该地区突出的夏季和雨季的特点就成为本工程建筑设计研究的重点。

建筑设计重点研究的内容为：

建筑物的形式、防水、通风和隔热降温。

建筑设计研究的基本原则是：

在满足生产功能需要的同时，紧密结合当地的自然条件，对所用建筑材料、建筑技术等方面摸索总结出适用和经济的设计方法，以确保建筑使用功能的合理性和适用性。

3、建筑防热

由于南亚地区夏季炎热的气候条件，使得建筑物的隔热及通风设计有着明显的特殊性。

这种特殊性首先在于日照强烈，高温无风，昼夜间有一定温差。

为改善建筑内人员的劳动条件，同时考虑建筑节能等因素，应该根据当地的自认条件，首先从建筑物理原理入手，解决气候炎热带来的室内环境问题。

基于这一思路，我们形成了以下的认识：

1．热成为了影响室内环境的最主要因素。

2．建筑物的自然热源在于日照等外部因素。

3．昼间成为防热的重点时段。

4．夜间的温差应该予以利用。

为此，防热设计基本原则为：

以隔为主，隔散结合。

通过两方面实现：

1．在维护结构上采取隔热措施是最有效的手段。

其作用除了隔阻昼间外部热量的传入，同时还可以使得夜间形成的相对低温尽可以的得以保持，从而降低昼间高温的影响。

2．通风设计采取相应的措施：

当消散内部热量为主时，加强通风，达到散热的效果；

当阻挡外部热量为主时，则以隔热为主要考虑。

3.1隔热辐射和传导

隔日照（辐射）对于建筑物的隔热有着十分重要的意义。

经实地测试，同样条件下，直接日照比一般遮阳条件下的温差在6℃以上。

为此，在隔热辐射方面，设计主要的内容包括：

3.1.1建筑体形

建筑物的外表面积与吸纳的辐射热直接相关。

因此在建筑形体设计中，控制建筑物的外形尺寸是十分重要的。

尤其是平面，屋顶面积对于建筑物内温度的影响为整体外表面积的60以上%。

因此在建筑设计中，在满足生产功能性需求的前提下，不得随意加大平面尺寸和高度。

当两者间产生冲突时，优先选择提高高度而不是加大面积。

3.1.2建筑物的朝向

一般国内的房屋建筑设计，在朝向上除了场地、工艺流程以及环保等因素外，通常习惯于“坐南朝北”，这主要出于保证室内的日照和通风的考虑。

在南亚地区，这一思维惯性已经受到了严重的挑战，并且证明是不争取的。

原因还是热的影响。

争取的做法是车间的长度方向尽量布置在日照少的东、北朝向，生活室优先布置在日照少的东、北朝向。

3.1.3建筑材料和构造

维护结构优先采用隔热性能优良的材料。

如复合彩钢板，各类砌体材料等。

需要指出的是屋面材料的隔热性能对于建筑物的热环境的影响更为重要。

因此车间屋面应尽量采用复合彩钢板，其填充材料及厚度通过计算确定；当采用混凝土等其他材料时，隔热层是必不可少的。

实际效果理想的是带隔热面层的架空构造。

3.1.4遮阳设计

工程中曾经出现某一独立控制室，为便于观察，设计成为四面均为大玻璃窗。

在初期的使用中，室内由于辐射及热传导下处于高温状态下，即使在空调条件下，人员仍然无法正常工作，最终通过加大遮阳、减小窗面积得以改善。

充分发挥遮阳的作用，是隔热方面节能的有效手段。

遮阳以阳光不直接照入室内为目的。

如纵向或横向的遮阳板，三面包围的深窗套，等等。

室外的人员通行，生产经常性的巡检路径和经常操作的区域，必须设计遮阳棚（兼顾防雨功能）。

3.3车间的通风

3.4.1热车间的通风

生产工艺车间可以分为热车间和一般车间。

热车间是指车间内有较大热源的车间，如电解车间和阳极焙烧车间。

根据此前确定的原则，对于此类车间，以消散内部热量为主，加强通风。

建筑物的通风设计要点为：

下部开敞式的维护结构，屋顶通风天窗，形成空气有组织对流，达到消散内部热量的目的。

即在车间外墙下部设置百页通廊式进排气口。

在作为空气进口的同时，又解决了防雨问题。

值得指出的是，采用了外挑通廊的做法，消除了此处外墙由于辐射而使得进入室内的空气温度升高（见附图一）。

需要指出的是：

由于高温原因，同样条件下，热压作用的通风效果将下降，因此，必须根据厂房的高宽、进气口位置与面积、天窗形式等实际情况，进行相应的通风计算，以保证使用的效果。

3.4.2一般厂房的通风

在不增加投资的前提下，隔断热对流可以说是十分有效的。

首先有必要在设计理念上建立其一个概念：

由于环境温度呈现夜低昼高的特点，因而阻止热对流的过程也可以说是保持相对低温的过程，即减少昼间外部的热量向室内低温区域对流。

这时一般概念中的通过空气流动带走热量的降温方式只能是适得其反。

工程中实际的做法是对原有窗地比概念的重新认识。

窗地比原为满足采光要求所采用的一种简易计算方法。

鉴于本工程的特定气象条件，窗作为室外热量的主要进口，其面积基本上是加以限制。

也就是说，采光服从于隔热要求。

这既是本地区建筑设计的一个实际做法，同时也蕴含了重要的隔热设计概念。

本工程借鉴了当地的经验，当为压型钢板等维护结构设置固定采光带时，根据采光标准进行相应计算。

除此外窗地比已无实际意义，在保证一定的采光要求的前提下，窗尽量开小，通常面积为1㎡左右，照度的不足通过人工照明补充。

在有排出粉尘等要求时，在考虑隔热对流的前提下，可适当在车间外墙底部设置进风口，保证室内必要的必要的通风换气（见附图二）。

4、防水设计

4.1基本技术原则

鉴于前述的自然条件，在南亚地区的雨季期内，长时间的大量降雨成为世界地域的一大特点，同时也引起了建筑师的高度关注，并积累了大量成功的经验。

根据工业建筑占地大，流程长，交叉多，相应的建筑物平面搭接，高低错落，带来了防水设计的新特点。

根据工业建群的自身特点，总结设计的实践经验，缺定了防水设计的基本技术原则是：

安全适用，排防结合，以排为主，性能可靠，构造简易。

4.2总平面设计

在工厂总平面设计原理的的基础上，其竖向设计应该着重解决以下问题：

4.2.1场地排水

由于印度地区雨季降雨量大且集中，故在总平面设计中，必须重点考虑场地的排水。

在有色企业的阳极生产片区，由于工艺流程的需要，将两栋焙烧车间与炭块转运站呈U形相连（见附图三）。

这时场地的自然排水出口仅为一个方向，而同时该场地除场地自身雨水量以外，尚汇集了三栋厂房屋面一半的雨水量，而这三栋厂房均为33米以上的大跨度车间。

因此实际汇水面积为其间场地面积的两倍以上。

此时，合理排出场地雨水必须采取加大场地排水坡度，必要时设置排水明沟，以保证雨季的需求。

（见附图三）

4.1.2室内外高差

基于工艺流程的需要，在竖向设计时，个别车间室内地坪标高低于室外标高，在雨季条件下，室外土壤长期处于饱和状态。

建筑物的外墙的临土面如同挡水墙。

在未做充分考虑并采取有效措施的情况下，建筑物墙体和地坪出现大面积的渗漏是不可避免的，而且难以处理。

当经过综合比较必须这样做时，可沿建筑物外墙一侧下部设置截水盲沟（见附图四），并在建筑物外墙内侧设置排水明沟，确保排水的通畅。

小跨度的泵房等可采用钢筋混凝土整体结构加以解决。

4.2建筑物防水

由于当地的气侯条件，为确保防水的可靠性，配合厂房的主体钢结构形式，主要生产车间采用压型钢板自防水。

建筑物的防水主要通过多种技术途径实现，而且其效果必须是综合体现的，也就是说，缺一不可。

4.2.1排水路径

直接排水应该是一个重要的原则。

要尽量减少排水的转接次数，尤其避免大量的水量进行转接排放。

其中：

高低跨屋面，当采用有组织排水时，高跨屋面的落水管应直接至地面，而不可排至偏跨低屋面而造成局部水量集中。

实践证明：

采用二次排水屋面的工程极易造成漏水隐患，尤其是泛水节点处。

4.2.2构配件设计

合理的构件设计是实现设计意图的重要手段。

本工程中，国内一般概念形成的成熟构件，往往受到条件的限制。

主要有：

门窗形式。

在没有有效的措施保证雨水不会直接进入室内时，不应采用立转窗和外墙大门洞。

这是因为雨季的大量降水通常伴随着大风，使其密闭性差的立转窗易飘雨入内。

墙体。

采用装配式通风百页式压型板材外墙时，上下叶片的水平投影重合高度应不小于20㎜。

天窗。

在国内标准图的基础上，第一片挡雨片落水端应适当外移200㎜，以克服挡雨片端部与天窗架接头处的缝隙有漏水现象。

同时喉口处泛水的高度应加高100㎜。

4.2.3屋面排水坡度

工业厂房：

所有压型钢板的屋面，跨度≥15m,为双坡，坡度为i=1/10，跨度＜12m,为单坡，坡度为i=1/8。

其他建筑：

如生活办公用房、偏跨及循环水泵房等现浇砼屋面均采用i=3%。

下列情况下应适当加大坡度：

排水路线长。

汇水量大处。

4.2.4檐口形式

工业厂房：

除自由落水将产生不利影响的情形采用有组织排水外，优先采用自由落水。

这是从排水的可靠性、经济性和方便维修等综合考虑得出的。

其他建筑：

结合建筑造型，采用适宜的排水形式。

4.2.5节点构造

简易可靠、便于施工是建筑排水构造设计的基本出发点。

在国内，对于压型彩板维护结构的有关构造设计，均根据工程实际情况，按照01J925-1标准图进行设计，屋面和墙面压型钢板各部位的收边、封边、包角、堵头及密封附件的联结泛水等附件由彩板供货厂家配齐供应。

工程和施工通常由施工单位——更多的是压型彩板生产厂以承包的形式进行施工。

由于地缘的差异性，种种缺陷给工程设计以及施工带来了具体的困难：

一切均需按图施工，更不可能有对应的标准图或厂家作为技术支持。

同时，构件生产的水平以及配套程度对排水构造更有着举足轻重的作用。

在实践中，往往是首先无图，其次是有图无配件或材料。

因此，符合当地具体情况、施工简易的构造成为首先的选择。

同时应该认识到，施工的简易同时意味着质量易于保证。

本工程主要应采用：

直接式垂直与水平搭接构造。

此种构造最大的优点是简单可靠。

水平方向的屋面板按照一定坡度伸入墙面内即可。

构造的可靠性取决于搭接高度。

板间在垂直方向的高度不小于150mm即可。

由于免除了繁杂的其他构件和辅助材，经济性也是明显的（见附图五、六）。

必要的辅助措施。

电解车间需要在墙面上开出大量的不规则洞口以供烟管穿过，这对于严格防水的生产工艺来说，无疑是严峻的考验。

经过总结后提出包裹式构造。

即在板材墙体开出规则洞口即软袋与管道压紧式连接加以解决。

当量大且布置有规律时，可采用局部檐口+外置挡板等方式结合立面设计进行处理（见附图七）。

5、其他

5.1采光

5.1.1一般原则

根据前述，建筑采光设计应该在首先满足隔热设计要求的前提下，综合运用多种手段，保证必要的照度。

在实际工程中也曾出现偏颇。

如氧化铝输送卸料站的观察室，主体专业强调需要四面观测，并且希望开敞明亮。

椐此要求建成的建筑物有如落地的“航空塔台”。

然而一天中强烈的阳光和热量从四个方面的大玻璃窗进入室内，形成了名副其实的“阳光浴场”，人员无法呆在其中。

最终不得已通过增设遮阳蓬加以解决。

5.1.2竖向采光带的运用

此次工程设计中，在彩板维护的单层仓库和高层框架建筑上，尝试采用了竖向采光带。

经过实际考察，认为其有以下特点：

充分满足采光要求。

竖向采光带在其所设置的各个取间形成了类似落地窗的效果，而且各个照射区间重合，形成了良好的自然照明，弥补了通常水平采光带存在的相对暗区。

丰富了建筑立面。

由规则色带形成的竖向立面构图，增加了韵律动感，一改厂房横向线条的老面孔，显得十分新颖。

尤其对于高层厂房，夜间形成的竖向光带，成为厂区一个景观，收到了出乎意料的良好效果。

简化了设计及施工。

竖向采光带不受楼层层高等横向尺度的限制，从而给建筑师提供了充分的思维“裕度”。

同时，由于结构构件的布置沿竖向有规律的布置，使得大批量构件加工标准化，且构造统一，安装简便。

相比之下，竖向采光带更适宜于高层的工业建筑（见附图八）。

6、有关问题的探讨

6.1坚持维护材料的性能要求

在南亚地区，厂房维护材料的性能对于建筑功能的需求是至关重要的。

隔热性能优良的维护材料成为改善房屋的内部使用环境的首要因素。

本工程设计在厂房屋面和墙面上，采用双层夹心彩板，将极大地提高建筑物隔热效果。

由于业主忽视员工劳动条件和出于降低投资的考虑，最终改为单层板，形成了最大的建筑缺陷。

我们仍然认为必须采用双层夹心彩板。

6.2提高建筑施工的配套能力

由于施工条件、能力、材料以及购配件等方面的差异性，需要进行相应的设计修改和补充。

如彩板节点中的堵头材料、配套件，国内均由材料厂商配套供应，而当地均需按图加工，由此带来了一系列的加工、施工和质量管理问题，给今后的建筑设计提出了更加严密的要求。

6.3建筑设备的装备水平

在特殊的自然环境下，建筑功能的实现离不开相应的建筑设备。

如在防热方面，除了采用多种途径进行隔热外，最直接有效的方式莫过于机械的空气调节了。

这就需要综合考虑环境要求、设备的性能、能耗等，在技术经济方面作出平衡和选择。

同样，高性能的设备也是十分重要的。

这些都将成为有色厂房建筑设计的进一步研究内容。

结语

在结合工程设计总结的基础上，本文对南亚地区工业建筑设计进行了初步的探讨。

在知识更新和技术变革的时代，“以人为本”的观念越来越成为和谐社会的共识。

对于建筑师而言，不断探索既是的社会的需求，更是自身的职责。

我们将为此不断探讨。